Текущи претоварвания и техният ефект върху работата и експлоатационния живот на електродвигателите

Анализът на повредите на асинхронните двигатели показва, че основната причина за повредата им е разрушаването на изолацията поради прегряване.

Претоварване на електрически продукт (устройство) — превишаване на действителната стойност на мощността или тока на електрически продукт (устройство) над номиналната стойност. (ГОСТ 18311-80).

Нагряваща температура на намотките на електродвигателягател зависи от топлинните характеристики на двигателя и параметрите на околната среда. Част от топлината, генерирана в двигателя, отива за загряване на намотките, а останалата част се отделя в околната среда. Процесът на нагряване се влияе от такива физически параметри като топлинен капацитет и разсейване на топлината.

Зависи от термично състояние на електродвигателя и околния въздух степента на тяхното влияние може да варира. Ако температурната разлика между двигателя и околната среда е малка и освободената енергия е значителна, тогава основната й част се абсорбира от намотката, статора и роторната стомана, корпуса на двигателя и другите му части. Се случва интензивно покачване на температурата на изолацията… С нагряването ефектът от топлообмена се проявява все повече и повече. Процесът се установява след достигане на равновесие между генерираната топлина и топлината, отделена към околната среда.

Увеличаването на тока над допустимата стойност не води веднага до аварийно състояние… Отнема известно време, докато статорът и роторът достигнат екстремната си температура. Следователно, няма нужда защитата да реагира на всеки свръхток. Тя трябва да изключва машината само когато има опасност от бързо влошаване на изолацията.

От гледна точка на отоплението на изолацията, големината и продължителността на потока от токове, превишаващи номиналната стойност, са от голямо значение. Тези параметри зависят преди всичко от естеството на технологичния процес.

Претоварване на електродвигател от технологичен произход

Претоварване на електродвигателя, причинено от периодично увеличаване на въртящия момент върху вала на задвижваната машина. В такива машини и инсталации мощността на електродвигателя се променя през цялото време. Трудно е да се забележи дълъг период от време, през който токът да остане непроменен по величина. Краткосрочни големи моменти на съпротивление периодично се появяват на вала на двигателя, създавайки скокове на тока.

Такива претоварвания обикновено не причиняват прегряване на намотките на двигателя, които имат относително висока термична инерция. Въпреки това, с достатъчно дълга продължителност и многократно повторение, опасно загряване на електродвигателя… Защитата трябва да «прави разлика» между тези режими. Той не трябва да реагира на краткотрайни шокове от натоварване.

Други машини могат да изпитат относително малки, но дългосрочни претоварвания. Намотките на двигателя постепенно се нагряват до температура, близка до максимално допустимата стойност. Обикновено електрическият мотор има определен запас от нагряване и малки свръхток, въпреки продължителността на действието, не могат да създадат опасна ситуация. В този случай изключването не е необходимо. По този начин и тук защитата на двигателя трябва да «прави разлика» между опасни и неопасни претоварвания.

Аварийни претоварвания на електродвигателя

с изключение претоварване от технологичен произход, може би аварийни претоварваниявъзникнали по други причини (повреда в захранващата линия, засядане на работни органи, спад на напрежението и др.). Те създават особени режими на работа на асинхронен двигател и предлагат своите изисквания за предпазни средства… Помислете за поведението на асинхронен двигател в типични аварийни режими.

Претоварвания при непрекъсната работа с постоянно натоварване

Обикновено електродвигателите се избират с известен резерв на мощност. Освен това през повечето време машините работят под товар. В резултат на това токът на двигателя често е доста под номиналната стойност. Претоварванията възникват, като правило, в случай на технологични нарушения, повреди, заглушаване и заглушаване в работната машина.

Машини като вентилатори, центробежни помпи, транспортни ленти и шнекове имат тих, постоянен или леко вариращ товар. Краткосрочните промени в материалния поток практически нямат ефект върху нагряването на електродвигателя. Те могат да бъдат игнорирани. Друг е въпросът, ако нарушенията на нормалните условия на труд останат за дълго време.

Повечето електрически задвижвания имат определен резерв на мощност. Механичните претоварвания причиняват преди всичко повреда на частите на машината. Като се има предвид случайният характер на тяхното възникване, не може да бъде сигурен, че при определени обстоятелства електрическият мотор също ще бъде претоварен. Например, това може да се случи с шнекови двигатели. Промените във физическите и механичните свойства на транспортирания материал (влага, размер на частиците и т.н.) веднага се отразяват в мощността, необходима за преместването му. Защитата трябва да изключи електродвигателя в случай на претоварване, причиняващо опасно прегряване на намотките.

От гледна точка на влиянието на дългосрочните свръхток на изолацията, трябва да се разграничат два вида претоварвания по величина: относително малки (до 50%) и големи (повече от 50%).

Ефектът на първия не се проявява веднага, а постепенно, докато последиците от втория се проявяват след кратко време. Ако повишаването на температурата над допустимата стойност е малко, то стареенето на изолацията става бавно. Малки промени в структурата на изолационния материал се натрупват постепенно. С повишаване на температурата процесът на стареене се ускорява значително.

Мисля, че прегряването над допустимото за всеки 8 — 10 ° С намалява наполовина експлоатационния живот на изолацията на намотките на двигателя. Поради това, прегряването с 40 ° C намалява живота на изолацията 32 пъти! Въпреки че това е много, то се проявява след много месеци работа.

При големи претоварвания (повече от 50%) изолацията бързо се срутва под въздействието на високи температури.

За да анализираме процеса на нагряване, ще използваме опростен модел на двигателя. Увеличаването на тока води до увеличаване на променливите загуби. Намотката започва да се нагрява. Температурата на изолацията се променя според графиката на фигурата. Степента на повишаване на температурата в стационарно състояние зависи от големината на тока.

Известно време след възникване на претоварване, температурата на намотките достига стойността, допустима за дадения клас изолация. При високи G-сили тя ще бъде по-къса, при ниски G-сили ще бъде по-дълга. По този начин всяка стойност на претоварване ще има свое собствено допустимо време, което може да се счита за безопасно за изолиране.

Извиква се зависимостта на допустимата продължителност на претоварването от неговата величина характеристика на претоварване на електродвигателя… Топлофизични свойства електрически двигатели от различни видове имат някои различия и техните характеристики също се различават. Една от тези характеристики е показана на фигурата с плътна линия.

Характеристика на претоварване на двигателя (плътна линия) и желана защитна характеристика (пунктирана линия)

От дадените характеристики можем да формулираме едно от основните изисквания към зависима от тока защита от претоварване… Тя трябва да се вдигне в зависимост от големината на претоварването. Това дава възможност да се изключат фалшиви аларми с неопасни токови скачания, възникващи например при стартиране на двигателя. Защитата трябва да работи само когато попадне в зоната с неприемливи стойности на тока и продължителността на нейния поток. Желаната му характеристика, показана на фигурата с пунктирана линия, винаги трябва да се намира под характеристиката на претоварване на двигателя.

Работата на защитата се влияе от редица фактори (неточност на настройките, разсейване на параметрите и т.н.), в резултат на което се наблюдават отклонения от средните стойности на времето за реакция. Следователно пунктираната линия на графиката трябва да се разглежда като някаква средна характеристика. За да не се пресичат характеристиките в резултат на действието на случайни фактори, което ще доведе до неправилно спиране на двигателя, е необходимо да се осигури определен запас. Всъщност трябва да се работи не с отделна характеристика, а със защитна зона, като се вземе предвид разпределението на времето за реакция на защитата.

По отношение на точното действия за защита на двигателя желателно е и двете характеристики да са възможно най -близо една до друга. Това ще избегне ненужно изключване при близки до допустимите претоварвания. Въпреки това, ако има голямо разпространение на двете характеристики, това не може да бъде постигнато. За да не попаднете в зоната на неприемливи текущи стойности в случай на случайни отклонения от изчислените параметри, е необходимо да се осигури определен марж.

Защитната характеристика трябва да бъде разположена на известно разстояние от характеристиката на претоварване на двигателя, за да се изключи тяхното взаимно пресичане. Но това води до загуба на точността на действието на защитата на електродвигателя.

В областта на токовете близо до номиналната стойност се появява зона на несигурност. При влизане в тази зона е невъзможно да се каже със сигурност дали защитата ще работи или не.

Този недостатък липсва в защита, действаща в зависимост от температурата на намотката… За разлика от свръхтоковата защита, тя действа в зависимост от причината за стареенето на изолацията, нейното нагряване. Когато се достигне опасна за намотката температура, тя изключва двигателя, независимо от причината, която е причинила нагряването. Това е едно от основните предимства защита от температура.

Липсата на свръхтокова защита обаче не трябва да се надценява. Факт е, че двигателите имат определен токов резерв. Номиналният ток на двигателя винаги е по -нисък от тока, при който температурата на намотките достига допустимата стойност. Установява се, воден от икономически изчисления. Следователно при номинално натоварване температурата на намотките на двигателя е под допустимата стойност. Поради това се създава термичен резерв на двигателя, който до известна степен компенсира липсата термични релета.

Много фактори, от които зависи топлинното състояние на изолацията, имат случайни отклонения. В тази връзка спецификацията на характеристиките не винаги дава желания резултат.

Претоварвания при променлива продължителна работа

Някои работни органи и механизми създават натоварвания, които варират в широк диапазон, като например при машини за раздробяване, смилане и други подобни операции. Тук периодичните претоварвания са придружени от недотоварвания до празен ход. Всяко увеличаване на тока, взето отделно, не води до опасно повишаване на температурата. Ако обаче има много и те се повтарят достатъчно често, ефектът от повишената температура върху изолацията бързо се натрупва.

Процес на нагряване на електродвигателя при променлив товар се различава от процеса на нагряване при постоянен или слабо изразен променлив товар. Разликата се проявява както в хода на температурните промени, така и в характера на нагряване на отделни части на машината.

След промените в натоварването се променя и температурата на намотките. Поради топлинната инерция на двигателя температурните колебания са по -слабо разпространени. При достатъчно висока честота на натоварване температурата на намотките може да се счита за практически непроменена. Това ще бъде еквивалентно на непрекъснат режим на работа с постоянно натоварване. При ниска честота (от порядъка на стотни от херца и по -ниски) температурните колебания стават забележими. Периодичното прегряване на намотката може да съкрати живота на изолацията.

При големи колебания на натоварването при ниска честота двигателят е постоянно в преходен процес. Температурата на намотката му се променя след колебания на натоварването. Тъй като отделните части на машината имат различни термофизични параметри, всяка от тях се нагрява по свой начин.

Ходът на топлинните преходни процеси при променливо натоварване е сложно явление и не винаги подлежи на изчисление. Следователно температурата на намотките на двигателя не може да се прецени по тока, протичащ в даден момент. Поради факта, че отделните части на електродвигателя се нагряват по различни начини, топлината преминава от една част към друга в електрическия мотор. Възможно е също така след изключване на електродвигателя температурата на намотките на статора да се повиши поради топлината, подавана от ротора. По този начин величината на тока може да не отразява степента на нагряване на изолацията. Трябва също да се има предвид, че в някои режими роторът ще се нагрява по -интензивно и ще се охлажда по -малко от статора.

Сложността на процесите на пренос на топлина го затруднява управление на отоплението на двигателя… Дори директното измерване на температурата на намотките може да даде грешка при някои условия. Факт е, че при нестабилни топлинни процеси температурата на нагряване на различни части на машината може да бъде различна и измерването в един момент не може да даде истинска картина. Измерването на температурата на намотката обаче е по -точно от другите методи.

Периодична работа могат да бъдат отнесени към най -неблагоприятните от гледна точка на действието на защитата. Периодичното включване в работата предполага възможността за краткосрочно претоварване на двигателя. В този случай големината на претоварването трябва да бъде ограничена от условието за нагряване на намотките, което не надвишава допустимата стойност.

Защитата, «наблюдаваща» състоянието на нагряване на намотката, трябва да получи съответния сигнал. Тъй като токът и температурата може да не отговарят един на друг в преходни условия, защитата, основана на измерване на ток, не може да изпълни правилно своята роля.